桥梁结构设计涉及的安全性问题

 桥梁结构设计涉及的安全性问题

本文仅从设计方面的若干问题进行分析，并提出一些对策措施。

  一、具体细节的设计方面

设计人员没有结合桥梁所在地区的材料实际供应情况。在乡镇，优质的砂石子材料一般不多，如果设计高强度混凝土(如预应力空心梁混凝土设计为C50)，将可能给施工造成很大困难。因此，在乡镇地区，桥梁混凝土抗压强度设计为C40为妥。而在市区，预应力空心梁混凝土抗压强度设计为C40或C50均可，因市区一般都有商品混凝土基地，砂石材料供应质量有保障。

设计人员对乡镇地区洪水位了解不详，经常导致设计时桩基系梁位置较低，施工困难，造成系梁结构质量不易保证。监理单位应该协调设计单位，适当提高系梁标高。

构造设计存在漏洞。典型问题是伸缩缝处仅设普通橡胶支座。应改为橡胶活动支座，否则在汽车荷载作用下伸缩缝处易拉裂，普通橡胶支座变形，极大地影响结构安全和耐久性。监理人员应及时发现问题，建议业主要求设计单位进行支座变更。

桥面没有设计整体钢筋网，没有考虑汽车超载问题。超载现象在我国公路运输中较为普遍，汽车超载营运，会对桥梁结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响，因此除了交管部门要加强管理外，设计时也需要对超载带来的后果进行研究、分析。

伸缩缝处空心梁预埋数量不足，监理及施工单位必须事先做好复查工作。桩基主筋保护层与建筑制图不一致，施工及监理单位必须十分注意这一问题，否则桩基主盘保护层难以达到设计要求。

二、结构的耐久性设计问题

桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。

在大跨度桥梁领域，国内从上世纪80年代以来，建造了大量的斜拉桥。虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少，但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索，既影响了使用，又带来了经济损失。

需要指出的是，很多这类问题与没有进行合理的耐久安全性设计有关，这也促使人们重新认识桥梁的耐久性问题。大量的病害实例也证明，除了施工和材料方面的原因，影响结构耐久性的根本因素是来自构造设计上的缺陷。

国内从上世纪90年代开始重视了对结构耐久安全性的研究，也取得了不少成果。而这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的，对如何从结构和设计的角度来改善桥梁耐久安全性却很少有人研究。而且，长期以来，人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节处理方面的关注。因此，需要努力将耐久安全性的研究从定性分析向定量分析发展。

三、结构的疲劳损伤问题

桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。

由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹得不到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。

疲劳损伤过去一直被认为是钢桥设计中的核心问题，由钢结构疲劳引起的钢材开裂案例较多，亦有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的例子。近20年来，疲劳损伤的研究已进入混凝土结构，但对于使用期受腐蚀的钢筋混凝土构件的动态性能和疲劳性能的研究还需加强。

对疲劳损伤的研究不应仅对整个结构而言，还应该重视某些关键部位的局部疲劳失效问题。

四、桥梁的超载问题

桥梁超载主要有三种情况：其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的实际车流量超过设计流量；另一种是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加，后者是车辆使用者违法超载营运，后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。

桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性。例如，混凝土桥梁一直被认为具有足够的耐久性，但在汽车超载作用下，可能发生开裂；裂缝即使在荷载卸除后能够闭合，但由于混凝土结构内部已经受到损伤，构件的开裂弯距降低、刚度下降；于是在正常使用荷载作用下，本来不该开裂的结构产生裂缝或本来较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响，因此除了交管部门要加强管理外，也需要对超载带来的后果进行研究、分析。

安全性不足是桥梁结构设计迫切需要解决的问题。我们应该积极借鉴国外成功的经验和做法，要从桥梁构造、结构体系和设计理念的角度做好耐久安全性的设计研究工作。